序論：塗装前処理における「見えない」汚染の大きな発生源
塗装車間の前処理工程（脱脂→水洗→酸洗→Surface調整→リン酸塩処理→水洗——6～8工程）
——工場全体の水量の>60%を消費——工場全体の廃水の>80%を発生——工場全体の排ガスの>50%を発生
——塗装工場の「汚染の心臓」
。(1)脱脂廃液
——車1台生産ごとに——脱脂廃液>200～500L——COD>10000mg/L「高濃度有機廃水」そのまま排出すれば——河川のDO（溶存酸素）が>5mg/Lから<1mg/Lへ急減——魚が窒息——これが脱脂廃水の生態系への危害；(2)リン酸塩処理廃水
——PO₄³⁻>100～500mg/L——水体に排出——PO₄³⁻は富栄養化の「引き金因子」水体で藻類が爆発的に増殖——藍藻——水華
——中国・太湖（2007）「藍藻危機」の前処理リン排出が重要な原因（全国>数万の塗装ライン——リン排出総量>数万トン/年）；(3)酸洗排ガス
——HCl/H₂SO₄の酸霧「白煙」>100mg/m³——作業場および周辺住民のHealth被害（気道刺激）。塗装前処理の廃水・排ガス処理——「錦上花を添える」ような環境保全事業ではなく——「生存の底線」である法的コンプライアンス（排水許可証——処理しない＝操業停止）
および「グリーン競争力」の技術的障壁（処理コスト——EUへの輸出——REACH／排水基準がより厳格）
。
塗装前処理廃水・廃ガス処理は、物理（油分除去／沈殿／加圧浮上／ろ過）、化学（乳化破壊／凝集／酸化還元／石灰沈殿）および生物（AO／MBR／嫌気性）の三段直列プロセスにより――前処理工程で発生する高濃度脱脂廃液（COD＞10000→＜80mg/L）、リン含有廃水（TP＞500→＜0.5mg/L）、重Metal含有廃水（Zn／Ni＜1.0mg/L）および酸性排ガス（HCl／H₂SO₄＜30mg/m³――NOx＜240mg/m³）を、GB 8978-1996『污水綜合排出基準』およびGB 16297-1996『大気汚染物綜合排出基準』に適合する排出基準達成レベルまで処理し――かつ用水の最大限の回収（＞60％回収率――新鮮水消費の削減＋排出料金の低減）を図る環境保護技術システムである。
一、三大汚染源に対する化学的処理技術の比較
| 汚染源 | 主な汚染物質 | 濃度(原水) | 一次処理 | 二次処理 | 高度処理 | 排出基準(mg/L) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 脱脂廃液 | COD/動植物油/界面活性剤 | COD>10000/油>5000 | 破乳(酸析/カルシウム塩)+油分除去——COD<3000 | 凝集(PAC+PAM)+沈殿——COD<1000 | AO/MBR——COD<80 | COD<100(一級)/SS<70 |
| リン酸塩処理廃水 | PO₄³⁻/Zn²⁺/Ni²⁺/Mn²⁺ | TP>100-500/Zn>50-200 | 石灰乳沈殿Ca₃(PO₄)₂+Zn/Ni(OH)₂——TP<5/Zn<5 | 凝集+沈殿——TP<1/Zn<1 | 砂ろ過+精密ろ過(5μm)——TP<0.5/Zn<0.5 | TP<0.5(地表水IV類)/Zn<2.0/Ni<1.0 |
| 酸洗浄排ガス | HCl/H₂SO₄/NOx | >100(HCl)/>240(NOx) | アルカリ液スプレー塔(NaOH 5-10%)——HCl<30/H₂SO₄<20 | H₂O₂酸化NOx(NOxのみ)+二段アルカリ洗浄——NOx<200 | 活性炭吸着(予備)——NOx<100 | HCl<100/H₂SO₄<45/NOx<240(15m排気筒) |
よくある質問（FAQ）
Q1：脱脂廃液の「破乳」において、なぜ酸析（pH<3）は破乳できるがアルカリではできないのか？
脱脂液中的の乳化油（<1〜20μmの油滴）——アニオン系界面活性剤（LAS/SDS/——-SO₃⁻や-COO⁻を含む——負電荷を帯びる）が油滴Surfaceに吸着し——電気二重層を形成し——Zeta電位が<-30mVとなり——油滴同士が反発し合い——エマルションが安定化する
——自然には分離しない。酸析——H₂SO₄を加えてpH<3とし——(1)H⁺がアニオン系界面活性剤の-SO₃⁻と反応し→RSO₃H（電荷なし——界面活性なし——乳化能力喪失）となり——油滴のSurface電荷がゼロに——Zeta電位→0——反発力が消失
——油滴が自発的に合一し——層分離し——上浮する（油は水より軽い）；(2)H⁺が電気二重層を圧縮し——さらにZeta電位を低下させる。アルカリ（pH>10）——(1)OH⁻が負電荷を増加させ——Zeta電位がより負に——エマルションがより安定化
する。カルシウム塩（CaCl₂/Ca(OH)₂）/鉄塩——多価MetalイオンCa²⁺/Fe³⁺が電気二重層を圧縮し＋アニオン系界面活性剤と「不溶性石鹸」を形成する（RCOO⁻+Ca²⁺→(RCOO)₂Ca↓）
これは界面活性剤を「消費」することに等しく——乳化力がゼロに——油滴が合一する。
Q2：リン酸廃水の「石灰法」において、なぜCa(OH)₂が最も経済的な除リン剤なのか？
リン酸カルシウム沈殿——Ca²⁺+PO₄³⁻→Ca₃(PO₄)₂↓(Ksp≈2.0×10⁻²⁹——極めて低い溶解度——25°C——理論TP<0.01mg/L——しかし実際はpH/CO₃²⁻/その他のイオン干渉により——TP<0.5mg/L)。Ca(OH)₂(石灰)——除リン剤として、コストが最も低い(CaCl₂<1000/FeCl₃5〜10倍の優位性)；(2)石灰は同時にOH⁻を供給——pHを>8.5に調整——重Metal(Zn/Ni)が水酸化物を生成し共沈する「除リン＋重Metal除去——ワンステップで完了」
——プロセスが簡潔；(3)ただし石灰が生成する汚泥量が多い(Ca₃(PO₄)₂+CaCO₃+Zn(OH)₂——含水汚泥>処理水体積の>5〜10%)
——脱水・処分コスト石灰法の総コスト——依然として総合的に(薬剤＋汚泥処分)評価する必要がある
。PO₄³⁻濃度が極めて高い(>1000mg/L)場合——先に石灰処理を行い——TPを<10に低下させ——その後凝集沈殿を行う——これにより汚泥量を最適化する。
Q3：NOx酸洗廃ガスの「黄煙」がなぜアルカリ液スプレーでNOx除去率が低いのか？
NOxは製造工程中で——(1)NO（無色——水に溶けにくい——アルカリと反応しない）——NOxの>90%を占める；(2)NO₂（赤褐色——刺激性がある——水と反応して生成するHNO₃——2NO₂+H₂O→HNO₃+HNO₂——酸——アルカリ液に吸収される——NaNO₃——ただしこの反応にはNO₂/O₂/十分な接触時間が必要
——アルカリ液スプレー（接触時間<2s——NO₂の吸収率30%）を加える——NO→NO₂→HNO₃に酸化——アルカリスプレーを加える——吸収率>80%——全量——NOx<100mg/m³「酸化＋アルカリ洗浄」は現在、NOx酸性廃ガス処理の主流プロセスルートである
；(2)High Temperature触媒（SNCR/SCR/選択的接触還元——>300°C——酸洗廃ガス中は<50°C——適用不可——High Temperatureボイラー廃ガスにのみ適用）。
Q4：MBR（膜分離生物反応槽）の塗装廃水処理におけるメリットとコストは？
MBR——従来の活性污泥法の沈殿池を中空糸膜（孔径＜0.1μm／限外濾過級）に置き換える
——(1)出水SS——従来の沈殿＜30mg/L——MBR——＜1mg/L——出水はDirectRO膜で再利用可能——もはや排出基準レベルではなく——「再利用級」の水質——回用率＞60％の突破——が可能となる
；(2)膜が微生物を反応槽内に完全に閉じ込める——MLSS（反応槽内汚泥濃度）が3～5g/L（従来）から＞10～15g/Lへ増加
——生物化学的処理効率＞2～3倍——COD＜30mg/L——一級排出（COD＜100）を上回る。MBRのデメリット——(1)膜の投資＞1000元/m²（中空糸）；(2)膜汚染（微生物／コロイド——跨膜圧力上昇——定期的な化学洗浄が必要（酸洗＋アルカリ洗——年＞2～4回）——運転コスト——システム総運転費＞5～8元/m³。MBRは「高い排出基準（地表水IV類／COD＜30）または水資源不足——＞60％の水回用が必要」な塗装工場に適している。
Q5：酸洗廃ガスの湿式静電除霧（WESP）——通常のスクラバー塔との違い？
WESP（湿式静電除霧器）——(1)高電圧直流（>30-50kV——放電極/コロナ極）によりガス分子を電離——大量の電子と負イオンを生成——電子が酸霧（微小液滴<1μm）や微細粒子に付着——負電荷を帯びる
；(2)負電荷を帯びた粒子／液滴は電界中で——集塵極（正極／管壁）へ移動——集塵極に液膜を形成——自重で流れ落ちて洗浄（湿式——自己洗浄——ほこりが堆積しない）
——捕集液はスクラバー塔へ戻る。WESPはサブミクロン（95%
——通常のスクラバー塔（<1μm粒子に対し<50%——慣性衝突効率が極めて低い）を大幅に上回る。WESPの二次汚染——高電圧による——O₃の生成（コロナでオゾン発生——異臭——アルカリ液で吸収が必要）。WESPは「精密処理」
（最終的な仕上げ——排出<30mg/m³の厳しい規制値に適用）であり、「粗処理」
（アルカリスクラバー塔——前段——>90%の粗液滴と>95%の酸性ガスを除去）で残った<1μmの微霧をWESPが処理する。WESPは50〜150万元——高級塗装（自動車／Aerospace）や住宅地近く（敏感地点）に使用される。
Q6：塗装廃水の「ゼロエミッション」(ZLD)は経済的に実行可能か？
ZLD(Zero Liquid Discharge／ゼロエミッション——液体廃水の排出なし——水はすべて再利用——固体塩／汚泥を回収し外部搬出)——(1)前処理(脱乳化／凝集／沈殿／生物処理／ろ過——COD→3000mg/Lから>50000mg/Lに濃縮——濃縮水——>原水量の20%)——(3)蒸発結晶(MVR／多効蒸発——RO濃縮水中の水を蒸発——凝縮水を再利用(再利用率>95%)——固体塩(主にNaCl／Na₂SO₄——産業廃棄物？——鑑定——産業廃棄物でない——一般廃棄物——外部搬出)——「ゼロエミッション」を達成)。ZLDの経済性——RO＋MVR——処理コスト>15〜25元/m³(従来処理従来処理の3〜5倍——現在は(a)水源が極度に不足／乾燥地——取水不可——やむを得ず回収(中東／新疆／内モンゴル)および(b)排出基準が極めて厳しい(COD<20／TP<0.3／——化学処理で基準達成不可「やむを得ず再利用」ZLDで排出に代える)
のみに使用。一般的な塗装工場——廃水>100m³/日——ZLDの年運転費>100万元——利益の薄い塗装工場にとって——経済的実行可能性は詳細な検討が必要「ゼロエミッションの追求は推奨せず優先すべきは『基準達成排出＋部分再利用(>60%)』
“。
Q7：石灰沈殿法の「汚泥脱水」における脱水機の選び方は？
前処理汚泥（主にCa₃(PO₄)₂/Zn(OH)₂/Fe(OH)₃/CaCO₃——含水率>98%——流動性の泥漿状）——脱水——(1)板枠プレスフィルタ
——高圧（>1.0MPa——油圧圧縮）——ケーキ含水率35%——そのまま後続処分（埋立）へ——二次排水なし——ただし每バッチ操作——間欠（手動板引きが必要——労働強度大）——<小型ラインに適合；(2)ベルトプレス
——連続運転（処理量>5t/h）——ケーキ含水率大型ライン（>50m³/d廃水）に適合；(3)デカンタ遠心分離機
——高回転数（>3000rpm——C₃遠心力）>板枠——含水率50-100万元——運用保守コスト高（摩耗/電力消費——ローター——高電力消費）——「高級——全自動——無人運転」の近代的な塗装廃水処理場に適合。汚泥脱水「板枠=汎用——ベルト=連続——遠心=高級
Q8：酸洗廃ガスの「活性炭吸着」は主にどのような場面で使われるか――アルカリ液噴霧の代わりにできるか？
活性炭吸着（粒状活性炭／ハニカム活性炭――比Surface積＞800m²/g――ヨウ素価＞800mg/g）――HCl／H₂SO₄に対して――(1)活性炭は酸性ガスに対し物理吸着が主（ファンデルワールス力）――結合力が弱い――＞吸着容量が低い（＜5g HCl／100g活性炭）
――すぐに貫流（ブレークスルー）する――頻繁な交換／再生が必要――コストが極めて高い
――(2)NOx――活性炭――酸化――触媒作用――効果は普通（＜70％――高Humidity条件下では「水蒸気」が競争吸着し――NOxの貫流が更早い）。アルカリ噴霧――化学吸収――NaOHと酸性ガスが――一定に反応――貫流しにくい――コスト（アルカリ液――消費量＜1kg／100m³廃ガス――＜3元／100m³）。活性炭の役割は「末端精密処理」（アルカリ洗浄後――活性炭――残存する微量VOCを除去（塗装廃ガスから混入――吸着））――アルカリ液に代わるものではなく――両者を直列に使用する
――アルカリ噴霧（酸霧／粗除去）――活性炭（VOC／精密除去）。
Q9：塗装廃水中の「第一種污染物」（Ni/Cr/Hg）——車間排水口で基準値を満たす必要がある——なぜ総排水口で希釈して基準値を満たしてはいけないのか？
第一種污染物（GB 8978——総水銀/総カドミウム/総クロム/6価クロム/総ヒ素/総鉛/総ニッケル/総銀——計8種——ニッケル——前処理——ニッケル含有リン酸塩処理液の中——第一種）——(1)第一種污染物は毒性が高く環境背景値が低い——いかなる「希釈」も環境負荷総量を増加させる——不可逆的
——したがって発生源（車間排水口）において即座に処理して基準値を満たすことが求められる
——希釈による基準値達成は禁止されている（総排水口に給水管を接続し、車間排水のNiを「希釈」して<1mg/Lにし、放流する——これは禁止されている）；(2)車間排水口のサンプリング／モニタリング——より高頻度の「オンラインリアルタイム監視」でニッケル>1mg/L→自動的に車間排水弁を閉鎖——車間の段階から基準値を満たしていることを確保する
——これは第一種污染物に対する「最高の管理レベル」である。ニッケル含有リン酸塩処理液を「ニッケルフリーリン酸塩処理液」（亜鉛系／亜鉛マンガン系——ニッケル少／無ニッケル）に置き換える——源流から第一種污染物を排除する——これが塗装前処理の趨勢である。
Q10：廃水処理場の「緊急貯留池」がなぜ必須の標準設計なのか？
前処理ラインでは年1〜2回以上の槽液事故放流が発生
——脱脂／リン酸塩処理／酸洗槽からの槽全体（＞10〜30m³）の高濃度化学薬品の一括放流
——(1)その濃度（COD＞50000mg/L、TP＞5000mg/L、酸度pH＜1は正常な洗浄水濃度の＞50〜100倍——そのまま生物処理系に流入させると——微生物が瞬時に「死滅」し生物処理系が崩壊——回復に1〜2ヶ月を要する
「生物処理系への唯一の脅威——最高濃度廃液の『ショック負荷』——すべての生物処理系には『事故池／調整池』が設計されている」；(2)事故池の容量——＞1回の最大槽液容量（＞50m³）＋消防用水量（＞2時間流量）——総容量＞100m³——事故放流を緊急貯留池に一時保管——その後、「極低速で」（正常流量の10％未満）連続的に処理システムへ「滴下」し微生物が耐えられるように
——これを「均質化調整」という。
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要約
塗装前処理の三大汚染――脱脂廃液（COD＞10000：破乳＋凝集＋生物化学的三段処理）、リン酸塩処理廃水（TP＞500：石灰沈殿＋凝集＋ろ過によりTP→＜0.5mg/L、第一類重Metalは工程排水口で基準値達成）、および酸洗浄排ガス（HCl/NOx：アルカリ洗浄＋酸化）――には、それぞれ対応した化学的処理経路が存在する。MBRおよびWESPは高度処理の「最上位手段」であり、ゼロエミッション（ZLD）は水不足地域または極めて厳格な排出基準が適用される場合にのみ経済的実現性を有する。KeXin New Materialは、源から排出までの完全なコンプライアンスSolutionとして、前処理廃水・廃ガスのプロセス設計および機器選定に関する技術支援を顧客にProvidesしている。